WO2003036139A1 - Selbstdichtendes system für flüssige medien aufnehmende oder führende rohrverbindungen, wobei die dichtungen quellfähige eigenschaften aufweisen - Google Patents

Selbstdichtendes system für flüssige medien aufnehmende oder führende rohrverbindungen, wobei die dichtungen quellfähige eigenschaften aufweisen Download PDF

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WO2003036139A1
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sealing system
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Wolfgang Berger
Ute Sigrid BÜCHNER
Heiko Höft
Renate LÜTZKENDORF
Axel Nechwatal
Gerhard Preisendörfer
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FITR-Gesellschaft für Innovation im Tief- und Rohrleitungsbau Weimar mbH
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2201/00—Special arrangements for pipe couplings
    • F16L2201/30—Detecting leaks

Definitions

  • the invention relates to a self-sealing system for pipe connections absorbing or guiding liquid media, in particular pipe sockets or similar connecting elements, the seals having swellable properties, according to the preamble of patent claim 1.
  • Seals or sealing systems for socket pipes belong to the known prior art.
  • the seals are usually circular, the tubular shape adapted elastomer body, designed as a combined lip or pressure seal with a wide variety of geometric shapes.
  • the seals can be firmly installed in the pipe socket as well as at the tip end of the pipe.
  • the actual sealing part the so-called ring collar, is pressed against the component to be inserted.
  • the conventionally used seal is followed by a swellable seal or the swellable seal is integrated into the conventional seal. Only when a leak occurs - both from the inside out and from the outside in - is this swellable seal activated and in a short time leads to a permanent seal of the system.
  • a disadvantage of this system is the risk of the grouting material penetrating into possible channels located in the pipe wall or into the pipe interior.
  • the polymer / gel seal there can be produced as an expandable, porous material, encapsulated powder or as a polymer applied to fibers.
  • the pipe sleeves for the proposed application must be modified so that the gel ring is fixed in the installed position, for which purpose e.g. fixing rings or corresponding increases on the pipe sockets can be used.
  • the disadvantage of the solution according to DE 197 48 631 AI is that an additional, additional seal, referred to as a safety seal, must be provided, which increases the effort and thus the costs involved.
  • the invention is primarily aimed at the sealing of sewer pipes, but is not limited to this application.
  • the object of the invention is achieved with an object according to the features of patent claim 1, the subclaims representing at least expedient refinements and developments.
  • the basic idea of the invention is accordingly that a seal based on rubber elastomer contains swellable material embedded in the rubber matrix, so that a significant increase in volume occurs when water is absorbed.
  • the swellable material is swellable fibers, moisture-sorbing organic polymers or suitable inorganic mineral agents.
  • a targeted alignment of the fibers to be introduced into the matrix can be carried out in order to set preferred swelling directions. It is also conceivable to seal the surface of the seal in order to prevent uncontrolled swelling, e.g. to avoid during transport or storage purposes. Even if the seal is only removed in some areas during use, the transport effect of the fibers ensures that the seal swells strongly and evenly.
  • the sealing material thus consists of an overall swellable, homogeneous elastomer mixture, the swellable component being embedded in the elastomer matrix.
  • the swellable constituents can be cellulosic and / or protein fibers and / or moisture-absorbing polymers and / or highly swellable clay minerals or clay granules.
  • the cellulosic fibers can be natural or regenerated fibers, the fiber content being in the range from 1 to 20% by weight, preferably 1 to 10% by weight.
  • moisture-absorbing polymers are incorporated, the proportion of these is in the range from 2 to 25% by weight, preferably 8 to 15% by weight. If highly swellable clay materials are incorporated into the elastomer matrix, the mineral content is in the range from 3 to 15% by weight, preferably 6 to 12% by weight. If several of the aforementioned swellable materials are combined, the individual proportion is reduced in such a way that a total proportion of at most 25% by weight is not exceeded.
  • the protein fibers can be wool, noil, but also synthetic polyamide fibers.
  • the self-sealing system can be designed so that the swelling process in the seal is only provoked by liquid in the event of a leak.
  • the swelling process of the seal is initiated during or after the pipe connection has been made. In the latter case, a certain degree of mobility of the connections in the socket area is maintained during the laying and a firm and tight fit of the parts to be sealed is only achieved with the swelling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein selbstdichtendes System für flüssige Medien aufnehmende oder führende Rohrverbindungen, insbesondere Rohrmuffen oder dergleichen Verbindungselemente, wobei die Dichtungen quellfähige Eigenschaften aufweisen. Konkret besteht das Dichtungsmaterial aus einer insgesamt quellfähigen, homogenen Elastomermischung, wobei der quellfähige Bestandteil in die Elastomermatrix eingebettet ist and der oder die quellfähigen Bestandteile zellulosische and/oder proteinische Fasern und/oder Feuchtigkeit sorbierende Polymere and/oder hochquellfähige Tonmineralien oder Tongranulate sind.

Description

Selfetdichtendes System fuer fluessige Medien aufnehmende oder fuehrende Rohrverbindungen, wobei die Dichtungen guellfaehige Eigenschaften aufweisen.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein selbstdichtendes System für flüssige Medien aufnehmende oder führende Rohrverbindungen, insbesondere Rohrmuffen oder dergleichen Verbindungselemente, wobei die Dichtungen quellfähige Eigenschaften aufweisen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Dichtungen oder Dichtungssysteme für Muffenrohre gehören zum bekannten Stand der Technik. Die Dichtungen sind hierbei in der Regel kreisrunde, der Rohrform angepaßte Elastomerkörper, ausgeführt als kombinierte Lippen- oder Anpreßdichtung mit unterschiedlichsten geometrischen Formen. Die Dichtungen können sowohl in der Rohrmuffe als auch am Spitzende des Rohres fest montiert werden. Beim Zusammenfügen wird das eigentliche Dichtungsteil, der sogenannte Ringkragen, gegen das einzuführende Bauteil gepreßt.
Beispielsweise aus den GB 2 273 537, US-PS 5,172,919 oder PCT/EP98/07030 sind Dichtungssysteme bekannt, bei denen eine Kombination von konventionellen Dichtungen und quellfähigen Materialien vorliegt.
Unter Einsatz von quellfähigen Polymeren wird der konventionell eingesetzten Dichtung eine quellfähige Dichtung nachgeschaltet bzw. die quellfähige Dichtung wird in die konventionelle Dichtung integriert. Erst bei Entstehen einer Leckage - sowohl von innen nach außen als auch von außen nach innen - wird diese quellfähige Dichtung aktiviert und führt in kurzer Zeit zu einer dauerhaften Abdichtung des Systems.
Die Aufquellung der Dichtung erfolgt dabei jedoch nur punktuell an der jeweils entstandenen Schadstelle und setzt sich nicht umlaufend innerhalb des quellfähigen Bereichs fort, wodurch eine inhomogene Volumenvergrößerung stattfindet, die in ungünstigen Fällen das Rohr oder Dichtungsmaterial mechanisch stark belastet oder sprengt. Die DE 196 01 652 AI sieht im Leckagefall die Möglichkeit der Aufweitung der Gleitringdichtung durch ein spezielles Verpreßmaterial vor. Dieses Verpreßmaterial wird z.B. vom Rohrinnenraum in die Dichtung befördert und soll durch die Volumenvergrößerung der Dichtung die Dichtfunktion wieder herstellen. Reicht die Volumenver- größerung der Dichtung nicht aus, wird durch weitere Druckerhöhung und Öffnen von entsprechend präparierten Bereichen mittels aus der Dichtung austretendem Verpreßmaterial die Dichtfunktion durch Umschließen des gesamten Muffenbereichs sichergestellt.
Nachteilig bei diesem System ist die Gefahr des Eindringens des Verpreßmaterials in mögliche, in der Rohrwandung befindliche Kanäle oder in den Rohrinnenraum.
Gemäß DE 197 48 631 AI gehört eine Sicherheitsabdichtung für flüssige Systeme unter Einsatz von quellfähigen Polymeren zum bekannten Stand der Technik.
Die Herstellung der dortigen Polymer-/Geldichtung kann dabei als durch ein dehn- bares, poröses Material, gekapseltes Pulver oder als an Fasern appliziertes Polymer erfolgen. Weiterhin sind die Rohrmuffen für die vorgeschlagene Applikation so zu modifizieren, daß der Gelring an der eingebauten Position fixiert wird, wofür z.B. auf Fixierringe oder entsprechende Erhöhungen an den Rohrmuffen zurückgegriffen werden kann. Der Nachteil der Lösung nach DE 197 48 631 AI besteht darin, daß eine zusätzliche, weitere Dichtung, als Sicherheitsdichtung bezeichnet, vorgesehen werden muß, was den Aufwand und damit die anstehenden Kosten insgesamt erhöht.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes selbstdichtendes System für flüssige Medien aufnehmende oder führende
Rohrverbindungen, insbesondere Rohrmuffen oder dergleichen Verbindungselemente anzugeben, das auf Dichtungen zurückgreift, die quellfähige Eigenschaften besitzen, wobei allerdings nicht mit zusätzlichen Einrichtungen zu arbeiten ist, und das ein Verlegen in üblicher, bekannter und kostengünstiger Weise gestattet, gleichzeitig jedoch das Dichtverhalten auch über längere Zeiträume erhöht.
Die Erfindung ist primär auf die Abdichtung von Kanalrohren gerichtet, jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht demgemäß darin, daß eine Dichtung auf Basis von Gummi-Elastomer in die Gummimatrix eingebettetes quellfähiges Material enthält, so daß bei Wasseraufnahme eine deutliche Volumenerhöhung eintritt. Bei dem quellfähigen Material handelt es sich um quellfähige Fasern, um Feuchtigkeit sorbierende organische Polymere oder um geeignete anorganische mineralische Agenzien.
Der Vorteil bei einer solchen Dichtungsausführung besteht darin, daß im Leckagefall eine homogene Aufquellung und gleichmäßige Volumenvergrößerung in der gesamten Dichtung eintritt, so daß punktuelle mechanische Belastungen der Rohre oder des Rohrsystems bzw. der Verbindungselemente vermieden werden können.
In Ausgestaltung der Erfindung kann ein gezieltes Ausrichten der in die Matrix einzubringenden Fasern vorgenommen werden, um Vorzugsquellrichtungen einzustellen. Ebenso ist es denkbar, die Oberfläche der Dichtung zu versiegeln, um ein un- kontrolliertes Quellen, z.B. bei Transport- oder Lagerzwecken zu vermeiden. Auch wenn im Einsatzfall die Versiegelung nur in Teilbereichen entfernt wird, ist durch den Transporteffekt der Fasern ein starkes und gleichmäßiges Quellen der Dichtung gewährleistet.
Es besteht also das Dichtungsmaterial aus einer insgesamt quellfähigen, homogenen Elastomermischung, wobei der quellfähige Bestandteil in die Elastomermatrix eingebettet ist. Die quellfähigen Bestandteile können zellulosische und/oder proteinische Fasern und/oder Feuchtigkeit sorbierende Polymere und/oder hochquellfähige Tonmineralien oder Tongranulate sein.
Die cellulosischen Fasern können Natur- oder Regeneratfasern sein, wobei der Faseranteil im Bereich von 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% beträgt.
Im Falle des Einbindens von Feuchtigkeit sorbierenden Polymeren liegt der Anteil dieser im Bereich von 2 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 15 Gew.-%. Werden hochqellfähige Tonmaterialien in die Elastomermatrix eingebunden, dann liegt der Mineralanteil im Bereich von 3 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 6 bis 12 Gew.- %. Bei einer Kombination mehrerer der vorgenannten quellfähigen Materialien reduziert sich der Einzelanteil derart, daß ein Gesamtanteil von maximal 25 Gew.-% nicht überschritten wird.
Die proteinischen Fasern können Wolle, Kämmling, aber auch synthetische Polya- midfasern sein.
Wie vorerwähnt besteht die Möglichkeit, die Fasern richtungsorientiert in die Fasern einzubinden, um hierdurch in bevorzugten Bereichen oder Abschnitten der Dichtung ein gezieltes Quellen zu bewirken.
Grundsätzlich kann das selbstdichtende System so ausgebildet werden, daß der Quellvorgang in der Dichtung nur im Leckagefall durch vorhandene Flüssigkeit provoziert wird. Andererseits besteht eine Möglichkeit darin, daß der Quellvorgang der Dichtung während oder nach der Herstellung der Rohrverbindung eingeleitet wird. Im letzteren Fall bleibt also eine gewisse Beweglichkeit der Verbindungen im Muffenbereich während des Verlegens erhalten und es wird erst mit dem Aufquellen ein fester und dichter Sitz der abzudichtenden Teile erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Selbstdichtendes System für flüssige Medien aufnehmende oder führende Rohrverbindungen, insbesondere Rohrmuffen oder dergleichen Verbindungselemente, wobei die Dichtungen quellfähige Eigenschaften aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial aus einer insgesamt quellfähigen, homogenen Elastomermischung besteht, wobei der quellfähige Bestandteil in die Elastomermatrix eingebettet ist und der oder die quellfähigen Bestandteile zellulosische und/oder proteinische Fasern und/oder Feuchtigkeit sorbierende Polymere und/oder hochquellfähige Tonmineralien oder Tongranulate sind.
2. Selbstdichtendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zellulosische Natur- und/oder Regeneratfasern eingesetzt werden.
3. Selbstdichtendes System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil im Bereich von 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% der Elastomermatrix zugemischt ist.
4. Selbstdichtendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Feuchtigkeit sorbierenden Polymers in der Elastomermatrix im Bereich von 2 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 15 Gew.-% liegt.
5. Selbstdichtendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des hochquellfähigen Tonminerals in der Elastomermatrix im Bereich 3 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 6 bis 12 Gew.-% liegt.
6. Selbstdichtendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als proteinische Fasern Wolle, Kämmling und/oder synthetische Polyamidfasern eingesetzt werden.
7. Selbstdichtendes System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern richtungsorientiert in die Matrix eingebunden werden, um hierdurch in bevorzugten Bereichen oder Abschnitten der Dichtung ein gezieltes Quellen zu be- wirken.
8. Selbstdichtendes System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial mit einer temporären äußeren Versiegelung versehen ist.
PCT/EP2002/011855 2001-10-25 2002-10-23 Selbstdichtendes system für flüssige medien aufnehmende oder führende rohrverbindungen, wobei die dichtungen quellfähige eigenschaften aufweisen WO2003036139A1 (de)

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